染料敏化太阳能电池高性能对电极和凝胶电解质研究

【摘要】：能源问题是21世纪最重要的议题。随着传统化石能源的消耗，寻求可替代传统化石能源的新能源如太阳能、风能、核能、氢能、潮汐能、生物能等成为解决人类当前所面临能源问题的必由之路。而太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新能源，它是目前资源最丰富，使用最安全的一种清洁能源。开发和利用太阳能是实现人类社会可持续发展的重要途径。 染料敏化太阳能电池(即DSSC)自1991年首次问世以来，其因低成本、相对较高光电转换效率、简单的制造工艺等优点吸引了全世界范围内科学家广泛的研究兴趣。DSSC的研究内容包括光阳极膜、染料分子、电解质、对电极等部分，而目前关于DSSC最重要的研究主题则是提高光电转换效率、降低电池成本、提高电池稳定性。本文分别从这三个方面进行了一系列的研究工作，其中第3章围绕提高效率的主题研究高催化活性铂对电极；第4章围绕降低电池成本主题研究导电聚合物对电极；第5章从提高电池稳定性方面研究高电导率的聚合物凝胶电解质。 本文的具体研究工作如下： 1)通过以PC多孔膜作为模板，制备了由铂纳米管构成的铂金对电极。相对于传统铂金电极，铂纳米管对电极表现出优异的电化学催化活性，将铂纳米管对电极组装到DSSC中，获得光电转换效率高达9.05%的DSSC； 2)通过在高浓度氯铂酸溶液中恒电位电沉积的方法，在无模板的条件下制备了“铂花”结构的对电极。“铂花”表面由大量厚度约25-30nm的“铂花瓣”组成，这种结构极大地提高了对电极的比表面积，增加了对电极催化剂材料与I3/I氧化还原电对的接触，从而提高了其对于I3还原反应的催化效率，进而提高了DSSC的光电转换效率； 3)通过电沉积法得到了直接生长在导电玻璃基体上的聚苯胺(PANI)膜，通过SEM表征，可以发现这种PANI膜为双层结构，即底层为一层致密的球形聚苯胺，上层为直径100nm左右的纳米纤维聚苯胺，基于双层结构PANI膜对电极，DSSC达到了6.58%的光电转换效率；通过再次电沉积，在PANI纳米纤维上包覆一层纳米铂颗粒得到PANI/Pt复合纳米纤维共催化剂，通过两者的复合，PANI/Pt结合了PANI和Pt各自的优点并表现出优异的性能，如低成本、高电导率、高比表面积、高催化活性等；基于PANI/Pt复合纳米纤维对电极，DSSC取得了高达7.69%的光电转换效率； 4)合成了丙烯酸/明胶(PAA/Gle)、聚丙烯酸-g-十六烷基三甲基溴化铵(PAA-g-CTAB)两种双亲性聚合物；通过利用这两种双亲性聚合物吸附苯胺单体(ANI)并将单体在聚合物内部引发聚合的方法，制得了由超吸水材料和导电聚合物PANI复合的导电超吸水聚合物材料PAA/Gle/PANI和PAA-g-CTAB/PANI；最高电导率达到14.38mS·cm1；其中基于PAA/Gel/PANI凝胶电解质的DSSC其光电转换效率达到6.94%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 铂对电极 聚合物对电极 聚苯胺纳米纤维 凝胶电解质
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-32
• 1.1 光伏电池研究历史12-16
• 1.2 DSSC结构及原理16-18
• 1.2.1 DSSC结构16-17
• 1.2.2 DSSC原理17-18
• 1.3 DSSC的研究进展18-28
• 1.3.1 染料的研究18-19
• 1.3.2 光阳极研究19-23
• 1.3.3 电解液研究23-25
• 1.3.4 对电极的研究25-28
• 1.4 DSSC的优势及所面临的困难与挑战28-29
• 1.5 本论文的研究内容及创新29-30
• 1.6 展望30-32
• 第2章 电池的制备及测试表征32-40
• 2.1 阳极膜的制备32-37
• 2.1.1 纳米晶TiO_2胶体的制备32-33
• 2.1.2 致密阻挡层的制备33-34
• 2.1.3 大颗粒反射层的制备34
• 2.1.4 用TiCl_4再次处理阳极膜34-35
• 2.1.5 阳极膜优化结果35-37
• 2.2 染料的配置及阳极膜的敏化37
• 2.3 液体电解质的配置37
• 2.4 常规Pt对电极的制备方法37
• 2.5 电池的组装和测试37-38
• 2.5.1 电池组装37-38
• 2.5.2 光电转换性能测试38
• 2.5.3 电极电化学性能测试38
• 2.6 材料的测试和表征方法38-40
• 2.6.1 扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)测试38-39
• 2.6.2 红外光谱(FTIR)测试39
• 2.6.3 紫外光谱(UV)测试39-40
• 第3章 高催化活性铂金对电极40-56
• 3.1 铂纳米管对电极40-46
• 3.1.1 实验内容40-42
• 3.1.2 结果与分析42-46
• 3.1.3 结论46
• 3.2 铂花结构对电极46-56
• 3.2.1 铂花对电极的制备46-47
• 3.2.2 测试表征47
• 3.2.3 结果与分析47-54
• 3.2.4 结论54-56
• 第4章 聚合物及聚合物负载铂对电极56-76
• 4.1 适合作为DSSC对电极的聚合物材料及制备方法探讨56-64
• 4.1.1 实验内容56-58
• 4.1.2 结果分析58-64
• 4.1.3 结论64
• 4.2 聚苯胺纳米纤维负载铂催化剂对电极64-76
• 4.2.1 PANI/Pt对电极对电极的制备65
• 4.2.2 电极材料测试及电化学表征65-66
• 4.2.3 结果与分析66-74
• 4.2.4 小结74-76
• 第5章 超吸水材料/导电高分子基凝胶电解质76-93
• 5.1 实验内容76-81
• 5.1.1 实验药品76-77
• 5.1.2 超吸水材料/导电高分子基凝胶电解质的制备方法77
• 5.1.3 超吸水材料/导电高分子基凝胶电解质的具体制备方法77-80
• 5.1.4 超吸水材料/导电高分子基凝胶电解质的性能测试80-81
• 5.1.5 基于凝胶电解质的DSSC光电性能测试81
• 5.2 结果与分析81-91
• 5.2.1 SEM表征分析81-84
• 5.2.2 FTIR表征分析84-87
• 5.2.3 凝胶电解质电导率和吸液倍率87-88
• 5.2.4 凝胶电解质电导率和温度的关系88-89
• 5.2.5 DSSC电池性能89-91
• 5.3 结论91-93
• 第6章 总结93-97
• 参考文献97-111
• 致谢111-113
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果113-116

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

金红石型TiO_2纳米棒的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用    兰章;吴季怀;林建明;黄妙良;

浆料的制备工艺对TiO_2纳米晶染料敏化太阳能电池性能的影响    蔡志霞;王光超;谢淑红;

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用    王江丽

柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其性能研究    程存喜

基于不同浓度铂对电极的染料敏化太阳能电池的性能研究    黄光胜;阮晓莉;竹怀君;

染料敏化纳米晶体TiO_2太阳能电池的对电极结构    姜春华;胡宇宁;万发荣;龙毅;

模具电火花成形加工的电极制造技术    高上品;

染料敏化太阳能电池对电极的研究进展    李国;胡志强;高岩;刘敬肖;刘贵山;

碳材料在太阳能电池对电极中的研究进展    张娓娓;刘贵山;胡志强;郑传柯;颜世博;

染料敏化太阳电池新型介孔碳对电极的制备及性能研究    王桂强;禚淑萍;

染料敏化纳晶薄膜太阳电池对电极的研究进展    王桂强;

聚吡咯/石墨复合对电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究    冯小明;黄先威;谭卓;赵斌;谭松庭;

染料敏化太阳电池多级孔炭对电极的制备及性能研究    王桂强;黄丛丛;邢伟;禚淑萍;

点焊机电极头的改进    温泽民;

高性能柔性载铂对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    傅年庆;林原;

新型固态染料敏化太阳能电池对电极设计及聚吡咯对电极研究    夏江滨;陈玲;

电积沉方法制备染料敏化太阳能电池的对电极(英文)    Jeng-Yu Lin;Jen-Hung Liao;

MWCNT/TiO_2复合对电极的制备及其光电化学性能研究    顾云良;王育乔;孙岳明;

恒电位聚合法制备染料敏化太阳能电池中的PEDOT/MWCNT纳米复合对电极    祁昊楠;王育乔;孙岳明;

FTO基底上原位合成Cu_2ZnSnS_4纳晶薄膜及其在DSC对电极中的应用    周正基;袁胜杰;武四新;

金属硫化物对电极在敏化太阳能电池中的应用    孙惠成;罗艳红;李冬梅;孟庆波;

新型、高效染料敏化太阳能电池碳对电极    罗艳红;刘喜哲;黄振;孟庆波;

低温制备染料敏化太阳能电池碳对电极    李可心;李冬梅;罗艳红;孟庆波;

柔性基底上PEDOT:PSS-C复合薄膜对电极的制备    许芳怡;胡志强;王仁博;高丽;

染料敏化太阳能电池专利申请分析    素白

测定电极消耗 改善电极使用性能    杨雄飞

未来主导：染料敏化太阳能电池    本报记者 滕继濮

染料敏化太阳能电池将用于无人机    王小龙

晶龙集团与世界顶尖高手过招    通讯员 段同刚　王丽英 记者 张计友

几种常用传感器的工作原理    河南 董美红

发达国家电弧炉高效节能技术简介④    郭廷杰

太阳能电池：让“阳光”主宰未来生活    本报记者　张显峰

“双极膜电渗析法生产葡萄糖酸研究”成果通过鉴定    科宣

晶龙 技术为王“逆市飘红”    通讯员 段同刚　王丽英 记者 张计友

染料敏化太阳能电池准固态电解质及碳基对电极研究    张丁文

染料敏化太阳能电池用聚苯胺电解质及对电极的制备与性能研究    秦琦

染料敏化太阳能电池中电极材料和寄生电阻的研究    周聪华

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

DMFC和DSSC的化学增强与光辅助增强催化    王耀琼

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究    苗青青

染料敏化太阳能电池中PEG基体聚合物电解质和低铂负载量对电极研究    李品将

敏化太阳能电池光阳极和对电极的制备与研究    朱光

修饰电极电催化应用于合成L-半胱氨酸的研究    李美霞

芳胺染料在溴（碘）基染料敏化太阳能电池中的应用    滕超

染料敏化太阳能电池高性能对电极和凝胶电解质研究    唐子颖

染料敏化太阳能电池碳对电极的研究    卫艳双

染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备及性能研究    竹怀君

基于电聚合聚苯胺对电极的离子液体型染料敏化太阳能电池    叶报喜

聚合物光伏器件和染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备与研究    黄辉

电化学法制备染料敏化太阳能电池中的纳米结构聚苯胺薄膜对电极    图布新

染料敏化太阳能电池用聚吡咯对电极的电化学合成及性能研究    苏佳

染料敏化太阳能电池微铂对电极的制备与性能    马换梅

染料敏化太阳能电池炭基对电极的制备与性能研究    孟凡宁

碳对电极的制备及其在DSSCs中的应用研究    童思超